本实用新型属于水动力实验领域，涉及一种在室内浅水湖泊三维风生水动力水槽模拟装置。
背景技术：
我国幅员辽阔，湖泊众多，湖泊不仅为流域周边城镇居民提供生活饮用水，亦在农业，工业，水利，航运，生态，旅游等产业扮演着重要的角色。随着人类活动的频繁和对自然环境的过度干扰，以及逐渐加剧的气候变化，湖泊的富营养化问题也呈现加速发展的状况，引发诸如蓝藻爆发等现象并带来一系列的生态问题，不仅制约了湖泊水体的可利用性，并且直接威胁到城镇居民生存和健康，并给湖泊周边地区经济可持续发展带来不利影响。
对于湖泊环境的治理，其根本对于营养物释放和输移规律的研究。但是与污染物输移密切相关的湖泊水动力研究相对来说并不充分，尤其是相关的基础研究：比如在有限风区的条件下，风生流、风生波的产生、发展和稳定等，及其如何输移污染物的具体过程，亟待研究，为类似浅水湖泊水环境的治理提供支撑作用。
风是浅水湖泊水体运动的主要动力来源，在风的作用下，水体表面受扰动并在切应力的作用下形成局部风生流和风生波，在更大的范围形成水平和垂直的风生环流。环流的形成和发展会极大的影响污染物在整个湖体内的运动，并进一步影响湖区的水环境。因此，风对水流的影响研究十分必要，而野外实验条件不具备，多在室内水槽中采用风机模拟风场进行相关研究。在室内水槽装置中，空间范围远小于自然风场，风机作用下难以在水槽中形成三维环流。
此前国内外所进行的室内风生水槽实验研究，研究内容局限在仅有垂向环流的垂向二维水动力结构上，而忽视了真实情况下，湖泊大范围水平环流所带来的营养物质输移，因此，在实验结果上存在对原型反演的一定失真。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种在室内水槽中模拟三维风生环流结构的水槽的设计装置。通过改变风速、槽内水深及盖板高度，本实用新型能够模拟不同强度风场所形成的三维环流结构，在风切表面应力的作用以及盖板和隔板的水平约束情况下，同时产生复杂的叠加风生水平环流和垂向补偿环流。
本实用新型具体采用如下技术方案：
一种浅水湖泊三维风生水动力室内水槽模拟装置，其特征在于包括安置在水槽中轴面的分隔板、安置在不受风影响的水体上方的遮盖板以及安置在水槽头、尾两端的盖板，所述分隔板分别与水槽底部、遮盖板垂直气密粘合，所述盖板与遮盖板水平气密粘合，所述分隔板两侧的水体在水槽头、尾两端连通。优选地，
所述盖板的宽度等于水槽的宽度。
所述分隔板的长度大于或等于遮盖板的长度。
所述盖板与遮盖板可以设计为一体结构，即盖板与遮盖板合为一个整体的平板结构。
本实用新型的模拟装置覆盖水槽内部分面积，由不受风影响水体上方的遮盖板，水槽头、尾两端的盖板和水槽中轴面的分隔板组成，在风生流水槽中形成三维风生流动。其中，水槽中轴面的分隔板与水槽底部气密粘合，分隔板与不受风影响水体上方的遮盖板由木架支撑垂直粘合，确保其气密性；而水槽头、尾端的盖板与不受风影响水体上方遮盖板气密相连并处于同一高度，以提供水平环流所需的空间。所有的板材间均以玻璃胶进行粘合以确保其气密性。其中不受风影响水体表面上方遮盖板以及水槽中轴面分隔板的存在可确保水槽中产生风生水平环流，而水槽头尾部的盖板则可以有效地减少水槽内的水体在复杂动力条件下由于水槽头尾处流向改变产生的流态的剧烈变化影响。
本实用新型与现有技术相比其显著优点在于：一是利用本装置在室内风生流水槽中产生的三维风生环流结构不仅包括垂向环流，亦包括水平环流，由此保证了水平环流和垂向环流叠加的复杂三维环流流场，模拟更加真实；二是通过改变装置高度，以及调节风机风速，可根据需要模拟不同水深及不同风速条件下的三维环流；三是本实用新型简便、实用和可靠，且可以广泛推广于浅水湖泊风生水动力的实验模拟。
附图说明
图1是本实用新型的模拟装置的风生流水槽示意图；
图2是实施例一的水槽俯视图；
图3是实施例一的水槽中部的侧视图（放大图）；
图4是实施例一的水槽顶部的侧视图（放大图）；
图5是实施例二的水槽俯视图；
图6是实施例二的三维风生水槽三维示意图。
具体实施方式
下面集合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明：
实施例一
结合如图1、图2、图3、图4，本实施例提出的浅水湖泊三维风生水动力室内水槽模拟装置包括，安置在水槽头、尾两端的盖板1，安装在无风侧水体上方的遮盖板2，安装在水槽中轴面的分隔板3。各板材下面的由木质支撑架4提供支撑。模拟装置覆盖水槽头尾及中部一侧的部分，使得水槽中仅有一侧受到风剪切力的作用，以形成水平方向的环流结构，配合水槽尾部的消波装置以及吸风机模拟浅水湖泊三维风生流的产生。分隔板分别与水槽底部、遮盖板垂直连接，采用玻璃胶气密粘合，分隔板的高度与遮盖板所处水平高度一致，其长度与遮盖板一致且小于水槽的长度。盖板1与遮盖板2处于同一高度，采用玻璃胶气密粘合。盖板1的宽度等于水槽的宽度。分隔板3两侧的水体在水槽头、尾两端的盖板1下连通。
上述浅水湖泊三维风生水动力室内水槽模拟装置的实验方法包括如下步骤：
A.根据实验所需要的水深调节模拟装置的高度，更改支撑架4及水槽中轴面的分隔板3的高度，并制作好无风侧水体上方的遮盖板2和水槽头、尾两端的盖板1；
B. 实验设置安装，按照实验所需的要求将装置安装进水槽中，装置长度等同于水槽长度，确保水槽两头无漏风间隙；
C.关闭水槽盖板并检查其除通风口以外各处的气密性；
D.向水槽中灌入指定体积的清水并混合均匀PIV示踪粒子；
E.调节风机频率，并应用风速仪确定实验所需的风速。由于无风侧水体上方遮盖板2的遮盖作用，水槽中的水体在风力的驱动下，将会形成由重力和风切水面摩擦力平衡作用下产生的雍水和垂向环流以及由于无风侧水体流动阻力减小，水体连续性等条件下形成的水平环流；
F.使用水位仪测量水面波动并使用PIV流速仪测定三维条件下垂向流场。
实施例二
如图5、图6所示，与实施例一基本结构类似，不同之处在于盖板1与遮盖板2设计为一体结构，即盖板与遮盖板合为一个整体的平板结构。
以上具体实施方式及实施范例是对应用本实用新型提出的一种用于模拟浅水湖泊复杂环流条件的水环境研究的一例具体支持，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或者等效的改动，均属于本实用新型技术方案的保护的范围。